专利名称：一种frp-竹-混凝土组合梁的制作方法
技术领域：
一种FRP-竹-混凝土组合梁技术领域[0001]本实用新型涉及一种竹梁构件，尤其是一种竹材与其它材料的组合梁构件，属 于土木建筑结构领域。
背景技术：
[0002]在当前发展低碳经济的大背景下，绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材 料是土木工程科技发展的必然方向。竹材最大的优势是绿色环保和原材料可再生，竹材 具有较高的强重比，可达钢材的3 6倍，远胜于混凝土等材料，竹材变形能力强，同 时又具有较高的强重比、较好的弹性与韧性，利用竹质工程材料建造的竹结构建筑体系 已经得到了实践应用，竹结构具有施工速度快，构件、节点易标准化，易工业化生产的 优点。但是，作为竹结构的主要受力构件——竹梁，无论是采用竹帘胶合板、竹材层积 材，还是竹材重组材加工制作，其在应用中存在以下问题[0003]竹材的弹性模量低，竹梁作为受弯构件设计时都为截面的刚度控制设计，按挠 度限值(GB50005-2003《木结构设计规范》规定，梁和格栅的挠度限值为L/250)验算的 极限承载力大约是按强度验算极限承载力的20% 30%，造成材料较低的强度利用率， 截面设计较大，经济性差；竹梁截面下部受拉区的缺陷对强度降低的影响较大，造成实 际力学性能较离散，往往由于受拉区的局部缺陷提前破坏；竹梁的破坏模式典型特征是 底部受拉区竹纤维达到极限拉应变，破坏模式较脆，破坏过程较短暂，与结构构件对延 性的需求不相符。[0004]针对竹材工程材料力学性能的不足，需寻求改善与增强的技术措施，才能提高 其对工程结构的适用性，如中国专利第“02120518.3”号，公开了一种“重组竹材胶合 板制造方法”，用该方法制造的竹材胶合板，提高了强度和利用率，但其弹性模量基本 未得到提高；如中国专利第“200520010970.6”号，公开了一种“一种毛竹玻璃纤维复 合梁柱”，通过在毛竹四周填充之后包覆玻璃纤维树脂层，对毛竹进行增强，提高其寿 命，节约材料，但该技术针对毛竹的原竹，其难以适应现代工程结构的要求；又如中国 专利第“02277578.1”号，公开了一种“一种新型竹纤维塑料复合板”，提供了在竹纤 维板材的夹层层间放置金属网层或玻璃纤维网层的一种复合板，但该技术主要着眼于对 板材强度的提高，金属网层或玻璃纤维网层对截面刚度提高非常有限。[0005]总之，目前公知的技术尚不能解决竹梁应用所存在的问题。发明内容[0006]本实用新型的目的是提供一种能广泛应用于土木建筑结构领域的FRP-竹-混凝 土组合梁，克服现有竹梁的不足，提高现有竹梁的跨越能力，用于桥梁、建筑等各类结 构的受弯构件。[0007]在本实用新型中，FRP-竹-混凝土组合梁由竹材、FRP筋或FRP布、混凝土和 连接件四部分共同组成；其中FRP筋或FRP布位于竹材的中下部截面内或底部，承担拉应力，混凝土位于竹材的上部或中上部的两个侧面，承担压应力，混凝土通过连接件 与竹材紧密相连。[0008]本实用新型的基本原理如下FRP筋或FRP布布置于截面下部，对截面受拉区 增强，利用FRP筋或FRP布较高的抗拉强度和弹性模量提高构件的承载力与刚度，混凝 土布置于截面上部，对受压区增强，利用混凝土较高的抗压能力，增加原矩形竹梁的截 面惯性矩，大幅度提高截面刚度，竹材具有较高的强重比、较好的弹性与韧性及加工性 能，通过竹材将3种材料组合为一体，充分发挥各自的长处，提高竹材构件对建筑结构 的适用性。[0009]所述的FRP-竹-混凝土组合梁，FRP筋位于竹材的中下部截面内，为竹材所包 裹，FRP筋在竹材压制前植入竹坯料相应位置，二者通过压制胶结形成整体。[0010]所述的FRP-竹-混凝土组合梁，FRP布位于竹材的中下部截面内或底部，FRP 布可为一层或多层，通过胶结与竹材压制形成整体。[0011]所述的混凝土位于竹材的上部或中上部的两个侧面，位于上部时，其宽度大于 或等于竹材的宽度，位于竹材中上部的两个侧面时，其呈左右对称布置，顶面与竹材的 顶面齐平，混凝土通过连接件与竹材连接成一体。[0012]所述的竹材可为竹材重组材或竹材层积材或竹帘胶合板中的一种，竹材重组材 采用辗压竹丝束浸胶组坯压制，竹材层积材采用竹篾浸胶组坯压制，竹帘胶合板采用竹 篾编帘浸胶组坯压制，竹材与混凝土的界面作凿毛处理，以提高其与混凝土之间的粘结 力。[0013]所述的FRP筋或FRP布位于竹材的中下部截面内时，FRP筋或FRP布在竹材压 制前植入竹坯料相应位置，通过压制与竹材胶结形成整体；FRP布位于竹材的截面底部 时，在竹材压制完成后，将FRP布加压粘贴于竹材的底部胶结形成整体；FRP筋或FRP 布的纤维增强材料可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或其中的几 种混杂而成。[0014]连接件为钢筋或FRP筋制作，通过在竹材顶部或中上部的两个侧面后打孔植入 竹材的内部，平面宜为梅花形交叉布置，外部预留5cm IOcm长度，后浇筑于混凝土 内，当采用钢筋制作时，外留部分端部可设置成弯钩，提高锚固效果，连接件的作用是 传递剪力，保证截面竹材部分与混凝土部分形成整体，共同工作。[0015]本实用新型克服了竹梁的一些公知的缺陷，具有以下有益效果[0016](I)FRP-竹-混凝土组合梁截面，大幅度地提高了原竹梁的截面惯性矩，从而有 效提高了原竹梁构件的刚度，彻底改变竹梁刚度控制设计的不利局面；[0017]O)FRP配置在竹梁截面受拉区，可充分发挥FRP较高的抗拉强度，并且较大 程度地改善原竹构件力学性能离散及脆性的破坏模式，减小其局部缺陷对力学性能的降 低；[0018](3)用混凝土作为FRP-竹-混凝土组合梁的受压区，充分利用混凝土抗压能 力强的特点，竹材作为组合梁的主体，其具有较高的强重比、较好的弹性与韧性及加工 性能，并在受拉区得到FRP的进一步增强，该结构充分利用3种材料的特点，具有自重 轻、承载力大、刚度大、抗扭能力强、延性好、自恢复能力强等优点；[0019](4)相对于混凝土结构、钢结构等传统结构，其生产与加工过程环境污染小，能4耗低，降低了钢材需求，相对于木结构，承载能力大，跨越能力强，延性和自恢复能力 好；[0020](5)竹子可再生能力强，生长周期短，环保节能。
[0021]以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的 范围。[0022]图1是FRP筋配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材的上部的 FRP-竹-混凝土组合梁的截面；[0023]图2是FRP布配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材的上部的 FRP-竹-混凝土组合梁的截面；[0024]图3是FRP布配置于竹材的底部、混凝土位于竹材的上部的FRP-竹-混凝土组 合梁的截面；[0025]图4是FRP筋配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材中上部的两个侧面 的FRP-竹-混凝土组合梁的截面；[0026]图5是FRP布配置于竹材的中下部截面内、混凝土位于竹材中上部的两个侧面 的FRP-竹-混凝土组合梁的截面；[0027]图6是FRP布配置于竹材的底部、混凝土位于竹材中上部的两个侧面的 FRP-竹-混凝土组合梁的截面。[0028]在附图中，1为竹材，21为FRP筋，22为FRP布，3为混凝土，4为连接件。
具体实施方式
[0029]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说 明本实用新型的具体实施方式
。如图1至图6所示，本实用新型提供一种FRP-竹-混 凝土组合梁，该结构包括竹材1、FRP筋21或FRP布22、混凝土 3和连接件4四部分， 共同组成FRP-竹-混凝土组合梁；其中FRP筋21或FRP布22位于竹材1的中下部 截面内或底部，承担拉应力，混凝土 3位于竹材1的上部或中上部的两个侧面，承担压应 力，混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。[0030]具体实施中，FRP筋21或FRP布22与竹材1通过压制胶结形成整体，在竹材1 顶部或中上部的两个侧面打孔植入连接件4，连接件4外部预留5cm IOcm长度，凿毛 处理竹材1与混凝土的界面，按尺寸制作模板，浇筑混凝土 3，混凝土 3通过连接件4与 竹材1紧密相连，形成FRP、竹材、混凝土组合为一体的FRP-竹-混凝土组合梁结构。[0031]实施例一[0032]如图1，一种FRP-竹-混凝土组合梁，包括竹材1、FRP筋21、混凝土 3和连 接件4四部分，FRP筋21位于竹材1的中下部截面内，为竹材1所包裹，FRP筋21在 竹材1压制前植入竹坯料相应位置，二者通过压制胶结形成整体，混凝土3位于竹材1的 上部，其宽度大于或等于竹材1的宽度，混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。[0033]实施例二 [0034]如图2，一种FRP-竹-混凝土组合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连接件4四部分，FRP布22位于竹材1的中下部截面内，复合于竹材1的内部，FRP布22 在竹材1压制前植入竹坯料相应位置，二者通过压制胶结形成整体，混凝土3位于竹材1 的上部，其宽度大于或等于竹材1的宽度，混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。[0035]实施例三[0036]如图3，一种FRP-竹-混凝土组合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连 接件4四部分，FRP布22位于竹材1的截面底部，在竹材1压制完成后，将FRP布22 加压粘贴于竹材1的底部胶结形成整体，混凝土 3位于竹材1的上部，其宽度大于或等于 竹材1的宽度，混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。[0037]实施例四[0038]如图4，一种FRP-竹-混凝土组合梁，包括竹材1、FRP筋21、混凝土 3和连 接件4四部分，FRP筋21位于竹材1的中下部截面内，为竹材1所包裹，FRP筋21在竹 材1压制前植入竹坯料相应位置，二者通过压制胶结形成整体，混凝土3位于竹材1的中 上部的两个侧面，呈左右对称布置，其顶面与竹材1的顶面齐平，混凝土 3通过连接件4 与竹材1紧密相连。[0039]实施例五[0040]如图5，一种FRP-竹-混凝土组合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连 接件4四部分，FRP布22位于竹材1的中下部截面内，复合于竹材1的内部，FRP布22 在竹材1压制前植入竹坯料相应位置，二者通过压制胶结形成整体，混凝土3位于竹材1 的中上部的两个侧面，呈左右对称布置，其顶面与竹材1的顶面齐平，混凝土 3通过连接 件4与竹材1紧密相连。[0041]实施例六[0042]如图6，一种FRP-竹-混凝土组合梁，包括竹材1、FRP布22、混凝土 3和连 接件4四部分，FRP布22位于竹材1的截面底部，在竹材1压制完成后，将FRP布22 加压粘贴于竹材1的底部胶结形成整体，混凝土 3位于竹材1的中上部的两个侧面，呈左 右对称布置，其顶面与竹材1的顶面齐平，混凝土 3通过连接件4与竹材1紧密相连。[0043]如上所述的FRP-竹-混凝土组合梁，竹材1可为竹材重组材或竹材层积材或竹 帘胶合板中的一种，竹材重组材采用辗压竹丝束浸胶组坯压制，竹材层积材采用竹篾浸 胶组坯压制，竹帘胶合板采用竹篾编帘浸胶组坯压制，竹材1的与混凝土的界面作凿毛 处理，以提高其与混凝土 3之间的粘结力。[0044]FRP筋21或FRP布22位于竹材1的中下部截面内时，FRP筋21或FRP布22 在竹材1压制前植入竹坯料相应位置，通过压制与竹材1胶结形成整体；FRP布22位于 竹材1的截面底部时，在竹材1压制完成后，将FRP布22加压粘贴于竹材1的底部胶结 形成整体；FRP布22可为一层或多层。[0045]连接件4为钢筋或FRP筋制作，通过在竹材1顶部或中上部的两个侧面后打孔植 入竹材1的内部，平面宜为梅花形交叉布置，外部预留km IOcm长度，后浇筑于混凝 土 3内，当采用钢筋制作时，外留部分端部可设置成弯钩，提高锚固效果，连接件4的作 用是传递剪力，保证截面竹材部分与混凝土部分形成整体，共同工作。[0046]FRP筋21或FRP布22的纤维增强材料可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、 芳纶纤维中的一种或其中的几种混杂而成。
权利要求1.一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于该结构包括竹材(1)、FRP筋或 FRP布0幻、混凝土⑶和连接件⑷四部分，FRP筋或FRP布0 位于竹材⑴ 的中下部截面内或底部，混凝土 C3)位于竹材(1)的上部或中上部的两个侧面，混凝土 (3)通过连接件(4)与竹材(1)紧密相连。
2.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于FRP筋为 竹材(1)所包裹，FRP筋在竹材(1)压制前植入竹坯料相应位置，二者通过压制胶 结形成整体。
3.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于FRP布02)可 为一层或多层，通过胶结与竹材(1)压制形成整体。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于所述的 混凝土(3)宽度大于或等于竹材(1)的宽度。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于所述的 混凝土( 呈左右对称布置，其顶面与竹材(1)的顶面齐平。
6.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于连接件(4)为钢 筋或FRP筋制作，通过在竹材1顶部或中上部的两个侧面后打孔植入竹材(1)的内部，外 部预留5cm IOcm长度，后浇筑于混凝土(3)内。
7.根据权利要求1所述的一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于竹材(1)可为竹 材重组材或竹材层积材或竹帘胶合板中的一种，其与混凝土的界面作凿毛处理。
专利摘要本实用新型提供一种FRP-竹-混凝土组合梁，其特征在于该结构包括竹材(1)、FRP筋(21)或FRP布(22)、混凝土(3)和连接件(4)四部分，共同组成FRP-竹-混凝土组合梁；其中FRP筋(21)或FRP布(22)位于竹材(1)的中下部截面内或底部，承担拉应力，混凝土(3)位于竹材(1)的上部或中上部的两个侧面，承担压应力，混凝土(3)通过连接件(4)与竹材(1)紧密相连。本实用新型充分利用了3种材料的特点，大幅度地提高了原竹梁的截面惯性矩，从而有效提高了原竹梁构件的刚度，具有自重轻、承载力大、刚度大、抗扭能力强、延性好、自恢复能力强等优点，可应用于土木建筑结构领域中的受弯构件。
文档编号E04C3/29GK201809900SQ201020530480
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者李国芬, 杨平, 王立彬, 端茂军, 魏洋 申请人:南京林业大学